無人機電源系統(tǒng)方案設(shè)計

　　電源系統(tǒng)是由整流設(shè)備、直流配電設(shè)備、蓄電池組、直流變換器、機架電源設(shè)備等和相關(guān)的配電線路組成的總體。下面就是小編整理的無人機電源系統(tǒng)方案設(shè)計，一起來看一下吧。

　　[導讀] 在設(shè)計無人機（UAV）用的電源系統(tǒng)時，設(shè)計人員所關(guān)心的參數(shù)是尺寸（S）、重量（W）、功率密度（P）、功率重量比、效率、熱管理、靈活性和復雜性。體積小、重量輕、功率密度高（SWaP）可以讓無人機攜帶更多的有效負載，飛行和續(xù)航時間更長，并完成更多的任務(wù)。

　　關(guān)鍵詞：GaAs發(fā)射器無人機電源無人機

　　在設(shè)計無人機（UAV）用的電源系統(tǒng)時，設(shè)計人員所關(guān)心的參數(shù)是尺寸（S）、重量（W）、功率密度（P）、功率重量比、效率、熱管理、靈活性和復雜性。體積小、重量輕、功率密度高（SWaP）可以讓無人機攜帶更多的有效負載，飛行和續(xù)航時間更長，并完成更多的任務(wù)。

　　更高的效率可以盡可能利用能源效率，最大限度地延遲續(xù)航時間和飛行時間，也可使熱管理盡可能容易，因為即使是較少的功率損耗也會導致熱傳遞。高靈活性和低復雜性不僅可以使電源系統(tǒng)設(shè)計更加容易，而且還可讓無人機設(shè)計人員專注于無人機設(shè)計之其他部分，而不是在電源系統(tǒng)設(shè)計上花大量的時間；它不僅可節(jié)省設(shè)計完成時間，還可降低設(shè)計復雜性。

　　為了充分利用上述優(yōu)勢，Vicor模組電源解決方案可通過最全面產(chǎn)品組合的高效率、高密度、配電架構(gòu)，為效能關(guān)鍵性無人機應(yīng)用提供完整的電源解決方案。

　　無人機的種類：

　　無人機可以從遠端位置進行控制，或基于預編程組態(tài)自動運行。無人機有許多應(yīng)用，從具結(jié)到消防，都可以由不同類別的無人機來實現(xiàn)。

　　無人機的電源：

　　根據(jù)子系統(tǒng)之負載要求，無人機有幾個電源選項。

　　鋰離子電池是一種常用的電源，體積較小、成本較低，因此是100瓦和運行數(shù)天的無人機的理想選擇。

　　為了有更高的能量密度和功率密度，還可以選擇其他的備選電源，包括太陽能電池系統(tǒng)、燃氣輪機以及柴油發(fā)電機等。

　　無人機的典型電源鏈：

　　圖1 ： 無人機電源鏈

　　在典型的無人機電源鏈中，有一個基于渦輪的發(fā)電機提供3相AC電源，其可通過整流器轉(zhuǎn)換為270VDC電源，然后通過隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為48VDC電源或28VDC電源。

　　無人機上有許多有效負載，包括雷達、影像、航空電子、導航、制導、飛控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸鏈路，其中每一個都需要一個3.3V、5V及12V等的電壓范圍。因此，下游DC-DC轉(zhuǎn)換器或非隔離式負載點（niPoL）都需要為所需的負載電壓提供28V或48V DC母線。

　　為了實現(xiàn)高效率，高電壓DC母線（270V、48V或28V）沿著無人機的電源鏈進行優(yōu)先配電。配電引起的功率損耗系以I2R（R線阻）為主，由于提高電壓可以最大限度地降低配電損耗，因而可減少電流；對于大型無人機更是如此，因為有很長的配電長度。

　　在安全方面，在高電壓DC母線（270V）和低電壓DC母線之間需要進行隔離，當?shù)陀?0V的電壓與高電壓隔離開時，就符合安全超低電壓（SELV）要求。

　　根據(jù)圖1所顯示的電源鏈，有兩級DC-DC轉(zhuǎn)換，由于穩(wěn)壓在下一級完成，其中第一級需要隔離之非穩(wěn)壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，而由于隔離在上游完成，第二級則需要穩(wěn)壓之非隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。為了實現(xiàn)更高的效率和更低的解決方案成本，隔離和穩(wěn)壓沒有在DC-DC轉(zhuǎn)換器的每一級重復。

　　270V至28V DC-DC轉(zhuǎn)換：

　　圖2

　　除了整流器，還有非隔離之非穩(wěn)壓270VDC電壓，藉由MIL-COTS BCM（母線轉(zhuǎn)換器模組）和MIL-COTS PRM（前置穩(wěn)壓器模組）轉(zhuǎn)換到負載用的一個隔離、穩(wěn)壓的電壓，如28V。

　　GaAs發(fā)射器：

　　270V至28V電源鏈的應(yīng)用之一是GaAs發(fā)射器，其方框圖如圖3所示。

　　圖3 ： GaAs發(fā)射器電源鏈

　　有效負載、GaAs發(fā)射器都需要超過200瓦的功率。為了滿足電力需求，需要將BCM模組和PRM模組并聯(lián)至電源陣列，以提高輸出功率。下面一段談?wù)勅绾尾⒙?lián)具有均流能力的BCM和PRM。

　　BCM和PRM模組可以組態(tài)超過1千瓦的電源陣列。

　　BCM模組是一款隔離的非穩(wěn)壓DC-DC轉(zhuǎn)換器模組，可藉由一個固定比K系數(shù)為SELV輸出提供高電壓輸入。就這個特定零部件（MBCM270x450M270A00）而言，K系數(shù)為1/6，因此輸出電壓始終為輸入電壓的1/6，270V輸入有45V輸出。

　　PRM模組是一款穩(wěn)壓的非隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器模組，可為負載提供穩(wěn)壓的電壓。由于PRM輸出電壓可以微調(diào)，因此它可針對GaAs發(fā)射器調(diào)低至28V。

　　圖4 ： GaAs發(fā)射器解決方案的效率

　　BCM是一款隔離的非穩(wěn)壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。

　　PRM是一款穩(wěn)壓的非隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。

　　上一段已經(jīng)提到，隔離和穩(wěn)壓并沒有由DC-DC轉(zhuǎn)換的每一級、或電源鏈中的單個DC-DC轉(zhuǎn)換器重復，為的是獲得更高的效率。

　　因此，藉由使用BCM和PRM模組，270V至28V DC-DC轉(zhuǎn)換的整體效率可達到93.12%。

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